JP3244323B2 - 固体電解質型燃料電池の製造方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の製造方法Info
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- JP3244323B2 JP3244323B2 JP01564793A JP1564793A JP3244323B2 JP 3244323 B2 JP3244323 B2 JP 3244323B2 JP 01564793 A JP01564793 A JP 01564793A JP 1564793 A JP1564793 A JP 1564793A JP 3244323 B2 JP3244323 B2 JP 3244323B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池
（ＳＯＦＣ）の製造方法に関し、詳しくは平板型ＳＯＦ
Ｃの製造方法に関する。
（ＳＯＦＣ）の製造方法に関し、詳しくは平板型ＳＯＦ
Ｃの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、供給されるガスの化学エネ
ルギーを直接電気エネルギーに変換するので、高い発電
効率が期待できる。特に、ＳＯＦＣは、リン酸型燃料電
池（ＰＡＦＣ），溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）に
次ぐ第三世代の燃料電池として注目されている。
ルギーを直接電気エネルギーに変換するので、高い発電
効率が期待できる。特に、ＳＯＦＣは、リン酸型燃料電
池（ＰＡＦＣ），溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）に
次ぐ第三世代の燃料電池として注目されている。
【０００３】ところで、ＳＯＦＣは完全固体化した燃料
電池といわれるように、電解質として主に（ＺｒＯ2 ）
0.9 （Ｙ2 Ｏ3 ）0.1 等の２価又は３価の金属酸化物を
固溶した酸化ジルコニウム（安定化ジルコニア）を使用
しているため、電解質（液）損失の問題がないという利
点がある。また、これら電解質の電荷担体は酸素イオン
であるが、この酸素イオンの導電率は常温では極めて低
いので、通常約１０００℃という高温でＳＯＦＣを作動
させている。そして、このように高温で作動させること
により、高品質な排熱が得られる，廃熱の利用を含める
と前記ＰＡＦＣやＭＣＦＣに比べてエネルギー効率を向
上させることができる，燃料ガスの選択の巾が増える，
高電流密度で作動させることができる等の多くの利点が
あるため、各分野で研究されている。このようなＳＯＦ
Ｃの開発は、これまで円筒型が先行していたが、現在で
は体積当りの発電効率の増加が見込まれる平板型ＳＯＦ
Ｃの開発が脚光を浴びている。
電池といわれるように、電解質として主に（ＺｒＯ2 ）
0.9 （Ｙ2 Ｏ3 ）0.1 等の２価又は３価の金属酸化物を
固溶した酸化ジルコニウム（安定化ジルコニア）を使用
しているため、電解質（液）損失の問題がないという利
点がある。また、これら電解質の電荷担体は酸素イオン
であるが、この酸素イオンの導電率は常温では極めて低
いので、通常約１０００℃という高温でＳＯＦＣを作動
させている。そして、このように高温で作動させること
により、高品質な排熱が得られる，廃熱の利用を含める
と前記ＰＡＦＣやＭＣＦＣに比べてエネルギー効率を向
上させることができる，燃料ガスの選択の巾が増える，
高電流密度で作動させることができる等の多くの利点が
あるため、各分野で研究されている。このようなＳＯＦ
Ｃの開発は、これまで円筒型が先行していたが、現在で
は体積当りの発電効率の増加が見込まれる平板型ＳＯＦ
Ｃの開発が脚光を浴びている。
【０００４】ところが、平板型ＳＯＦＣは、電解質，電
極，及びバイポーラプレート（或いはセパレータともい
う）がすべて固体であるため、電極とバイポーラプレー
トとの間の抵抗（接触抵抗）増大による電圧降下が問題
となる。そこで、従来は、電極とバイポーラプレートと
の間に、網状の白金やニッケル等の集電体兼緩衝材を介
在させてスタックを構成し、電池運転時にこのスタック
を電極有効面積の単位面積当たり１ｋｇｆ／ｃｍ2 程度
の圧力で締付けることにより、電極とバイポーラプレー
トとの間の抵抗（接触抵抗）を減少させて、電圧降下を
抑制する方法が提案されている。
極，及びバイポーラプレート（或いはセパレータともい
う）がすべて固体であるため、電極とバイポーラプレー
トとの間の抵抗（接触抵抗）増大による電圧降下が問題
となる。そこで、従来は、電極とバイポーラプレートと
の間に、網状の白金やニッケル等の集電体兼緩衝材を介
在させてスタックを構成し、電池運転時にこのスタック
を電極有効面積の単位面積当たり１ｋｇｆ／ｃｍ2 程度
の圧力で締付けることにより、電極とバイポーラプレー
トとの間の抵抗（接触抵抗）を減少させて、電圧降下を
抑制する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ように、電池運転時にスタックを単に１ｋｇｆ／ｃｍ2
程度の圧力で締付けただけでは、電極とバイポーラプレ
ートとの密着性が悪い。したがって、電極とバイポーラ
プレートとの間の抵抗（接触抵抗）を減少させることが
できないため、電圧降下の問題が依然として残存するこ
とになる。更には、近年では大電流を取り出すためにセ
ルの大面積化が望まれており、このような大型の電池で
は、電極やバイポーラプレートが従来の電池に比べて大
型になる。したがって、電極やバイポーラプレートの厚
みがその分だけ不均一になるため、小型の電池に比べて
電極とバイポーラプレートとの間の抵抗（接触抵抗）が
増大し、より一層電圧降下が起こりやすいという問題も
生じる。
ように、電池運転時にスタックを単に１ｋｇｆ／ｃｍ2
程度の圧力で締付けただけでは、電極とバイポーラプレ
ートとの密着性が悪い。したがって、電極とバイポーラ
プレートとの間の抵抗（接触抵抗）を減少させることが
できないため、電圧降下の問題が依然として残存するこ
とになる。更には、近年では大電流を取り出すためにセ
ルの大面積化が望まれており、このような大型の電池で
は、電極やバイポーラプレートが従来の電池に比べて大
型になる。したがって、電極やバイポーラプレートの厚
みがその分だけ不均一になるため、小型の電池に比べて
電極とバイポーラプレートとの間の抵抗（接触抵抗）が
増大し、より一層電圧降下が起こりやすいという問題も
生じる。
【０００６】そこで、電池運転時のスタックの締付け圧
を従来の１ｋｇｆ／ｃｍ2 程度よりも過剰に高めること
により、電極とバイポーラプレートとの密着性を良好に
する方法や，スタックを構成するバイポーラプレートを
全て高精度化することにより、電極とバイポーラプレー
トとの間の抵抗（接触抵抗）を減少させる等の方法が提
案されている。
を従来の１ｋｇｆ／ｃｍ2 程度よりも過剰に高めること
により、電極とバイポーラプレートとの密着性を良好に
する方法や，スタックを構成するバイポーラプレートを
全て高精度化することにより、電極とバイポーラプレー
トとの間の抵抗（接触抵抗）を減少させる等の方法が提
案されている。
【０００７】しかしながら、電池運転時のスタックの締
付け圧を過剰に高める場合には、電池運転温度が高温
（約１０００℃）であり、しかもこのような高温下で長
時間スタックに荷重をかけ続けると、電極を構成する粒
同士が焼結して電極の厚みが薄くなるいわゆるクリープ
という現象が起こり、電極の性能が低下する。また、過
剰の締め付け圧を発生させるために、ポンプやバネ等の
付随装置が必要になり、装置の大型化を招き、結果とし
て製造コストが高くなるという課題も生じる。
付け圧を過剰に高める場合には、電池運転温度が高温
（約１０００℃）であり、しかもこのような高温下で長
時間スタックに荷重をかけ続けると、電極を構成する粒
同士が焼結して電極の厚みが薄くなるいわゆるクリープ
という現象が起こり、電極の性能が低下する。また、過
剰の締め付け圧を発生させるために、ポンプやバネ等の
付随装置が必要になり、装置の大型化を招き、結果とし
て製造コストが高くなるという課題も生じる。
【０００８】また、バイポーラプレートの高精度化を図
る場合には、セルの高積層化に際し、全てのバイポーラ
プレートの高精度化を図ること、例えば、バイポーラプ
レートの平面度を４０μｍ以下にすることは、価格の増
大につながるという課題を有している。本発明は上記課
題に鑑みてなされたものであり、電池運転時にスタック
を締め付ける前に、単位ブロック毎に予め低温下でプレ
ス（前プレス）することにより、電極とバイポーラプレ
ートとの密着性が向上した、電圧降下の抑制された固体
電解質型燃料電池の製造方法を提供することを目的とす
る。
る場合には、セルの高積層化に際し、全てのバイポーラ
プレートの高精度化を図ること、例えば、バイポーラプ
レートの平面度を４０μｍ以下にすることは、価格の増
大につながるという課題を有している。本発明は上記課
題に鑑みてなされたものであり、電池運転時にスタック
を締め付ける前に、単位ブロック毎に予め低温下でプレ
ス（前プレス）することにより、電極とバイポーラプレ
ートとの密着性が向上した、電圧降下の抑制された固体
電解質型燃料電池の製造方法を提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、固体電解質板を介してアノードとカソードと
を配したセルと、バイポーラプレートとを集電体を介し
て複数積層させて単位ブロックを作製する第1ステップ
と、前記単位ブロックの上下両面を、前記単位ブロック
を構成するバイポーラプレートよりも平面度が小さい一
対の基準バイポーラプレートで挟持すると共に、これら
を電池運転時の温度よりも低い温度で、且つ、電池運転
時の締め付け圧よりも高い圧力で締め付ける第２ステッ
プと、次いで、前記単位ブロックにおける一方の基準バ
イポーラプレート上に、別の単位ブロック及び基準バイ
ポーラプレートを積層し、これらを電池運転時の温度よ
りも低い温度で、且つ、電池運転時の締め付け圧よりも
高い圧力で締め付けるステップを繰り返すことにより、
前記単位ブロックを複数積層してスタックを作製する第
３ステップと、前記スタックを電池運転時の締め付け圧
で締め付ける第４ステップと、を有することを特徴とす
る。
するため、固体電解質板を介してアノードとカソードと
を配したセルと、バイポーラプレートとを集電体を介し
て複数積層させて単位ブロックを作製する第1ステップ
と、前記単位ブロックの上下両面を、前記単位ブロック
を構成するバイポーラプレートよりも平面度が小さい一
対の基準バイポーラプレートで挟持すると共に、これら
を電池運転時の温度よりも低い温度で、且つ、電池運転
時の締め付け圧よりも高い圧力で締め付ける第２ステッ
プと、次いで、前記単位ブロックにおける一方の基準バ
イポーラプレート上に、別の単位ブロック及び基準バイ
ポーラプレートを積層し、これらを電池運転時の温度よ
りも低い温度で、且つ、電池運転時の締め付け圧よりも
高い圧力で締め付けるステップを繰り返すことにより、
前記単位ブロックを複数積層してスタックを作製する第
３ステップと、前記スタックを電池運転時の締め付け圧
で締め付ける第４ステップと、を有することを特徴とす
る。
【００１０】
【作用】上記方法の如く、電池運転時にスタックを締め
付ける前に、電池運転時の温度（約１０００℃）よりも
低い温度（好ましくは２００℃以下、より好ましくは１
００℃以下、最も好ましくは室温）で、しかも従来の電
池運転時の締め付け圧（１ｋｇｆ／ｃｍ2 程度）よりも
高い締め付け圧（例えば、３０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2 ）
でセルとバイポーラプレートとの積層体である単位ブロ
ックを予め締め付ければ（前プレス）、従来のように、
セルを高温下で長時間、高い締め付け圧で締め付ける必
要がないため、電極のクリープが起こりにくくなる。ま
た、前プレスする際に単位ブロックをかなり高い締め付
け圧で締め付けることができるため、電極とバイポーラ
プレートとの密着性が向上する。その結果、電極とバイ
ポーラプレートとの抵抗（接触抵抗）が減少するため、
電圧降下を抑制することができる。
付ける前に、電池運転時の温度（約１０００℃）よりも
低い温度（好ましくは２００℃以下、より好ましくは１
００℃以下、最も好ましくは室温）で、しかも従来の電
池運転時の締め付け圧（１ｋｇｆ／ｃｍ2 程度）よりも
高い締め付け圧（例えば、３０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2 ）
でセルとバイポーラプレートとの積層体である単位ブロ
ックを予め締め付ければ（前プレス）、従来のように、
セルを高温下で長時間、高い締め付け圧で締め付ける必
要がないため、電極のクリープが起こりにくくなる。ま
た、前プレスする際に単位ブロックをかなり高い締め付
け圧で締め付けることができるため、電極とバイポーラ
プレートとの密着性が向上する。その結果、電極とバイ
ポーラプレートとの抵抗（接触抵抗）が減少するため、
電圧降下を抑制することができる。
【００１１】また、前プレスを行った単位ブロックに、
別の単位ブロックを積層させて前プレスを行うだけでセ
ルの高積層化を図ることができるため、プレス機の小型
化を図ることができると共に作業性が向上し、且つ、失
敗によるリスクが小さく生産性が向上する。更には、前
プレスを行った単位ブロックの上下両端には平面度が小
さい基準バイポーラプレートが位置するため、積層方向
の傾きが小さい。したがって、他の単位ブロックを積層
させてセルの高積層化を図る場合でも、単位ブロック毎
の積層方向の密着性が向上する。また、単位ブロックを
かなり高い圧力で前プレスを行うため、単位ブロックを
構成するバイポーラプレートの精度（即ち、平面度）を
追求しなくても、電極とバイポーラプレートとの密着性
が向上する。したがって、従来のように、スタックを構
成する全てのバイポーラプレートの精度を高める必要が
ないので、その分だけ製造コストが安くなる。
別の単位ブロックを積層させて前プレスを行うだけでセ
ルの高積層化を図ることができるため、プレス機の小型
化を図ることができると共に作業性が向上し、且つ、失
敗によるリスクが小さく生産性が向上する。更には、前
プレスを行った単位ブロックの上下両端には平面度が小
さい基準バイポーラプレートが位置するため、積層方向
の傾きが小さい。したがって、他の単位ブロックを積層
させてセルの高積層化を図る場合でも、単位ブロック毎
の積層方向の密着性が向上する。また、単位ブロックを
かなり高い圧力で前プレスを行うため、単位ブロックを
構成するバイポーラプレートの精度（即ち、平面度）を
追求しなくても、電極とバイポーラプレートとの密着性
が向上する。したがって、従来のように、スタックを構
成する全てのバイポーラプレートの精度を高める必要が
ないので、その分だけ製造コストが安くなる。
【００１２】
〔実施例〕図１は本発明の一実施例に係る平板型固体電
解質型燃料電池の概略断面図であり、図２はその部分拡
大図である。この平板型固体電解質型燃料電池は、後述
する各単位ブロックＡ・Ｂ・Ｃ・Ｄを基準バイポーラプ
レート７ａ・７ｂ・７ｃを介して積層させ、更にこれら
をトップバイポーラプレート８，及びエンドバイポーラ
プレート９で締め付けた構造である。図中、１２はパイ
レックスガラス等の非導電性高粘度融体から成るシール
材である。
解質型燃料電池の概略断面図であり、図２はその部分拡
大図である。この平板型固体電解質型燃料電池は、後述
する各単位ブロックＡ・Ｂ・Ｃ・Ｄを基準バイポーラプ
レート７ａ・７ｂ・７ｃを介して積層させ、更にこれら
をトップバイポーラプレート８，及びエンドバイポーラ
プレート９で締め付けた構造である。図中、１２はパイ
レックスガラス等の非導電性高粘度融体から成るシール
材である。
【００１３】各単位ブロックＡ・Ｂ・Ｃ・Ｄは、いずれ
も同様の構造であり、５枚のセル４と，４枚のバイポー
ラプレート５とを集電体６ａ・６ｂを介して交互に積層
させた構造である。ここで、前記セル４は、市販の３ｍ
ｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）から成
る固体電解質板（大きさ１５０ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ
0.２ｍｍ）１を介して、酸化ニッケルと８ｍｏｌ％Ｙ2
Ｏ3 安定化ジルコニア（ＹＳＺ）とから成るアノード
２，及びランタンストロンチウムマンガネート（Ｌａ
0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 ）とＹＳＺとから成るカソード３
がそれぞれ配された構造である。尚、アノード２側の集
電体６ａには網状のニッケルを、カソード３側の集電体
６ｂには網状の白金をそれぞれ使用した。
も同様の構造であり、５枚のセル４と，４枚のバイポー
ラプレート５とを集電体６ａ・６ｂを介して交互に積層
させた構造である。ここで、前記セル４は、市販の３ｍ
ｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）から成
る固体電解質板（大きさ１５０ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ
0.２ｍｍ）１を介して、酸化ニッケルと８ｍｏｌ％Ｙ2
Ｏ3 安定化ジルコニア（ＹＳＺ）とから成るアノード
２，及びランタンストロンチウムマンガネート（Ｌａ
0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 ）とＹＳＺとから成るカソード３
がそれぞれ配された構造である。尚、アノード２側の集
電体６ａには網状のニッケルを、カソード３側の集電体
６ｂには網状の白金をそれぞれ使用した。
【００１４】各単位ブロックＡ・Ｂ・Ｃ・Ｄを構成する
バイポーラプレート５は、インコネル６００等の合金か
ら成り、前記セル４のアノード２と接する側の面には、
前記アノード２にアノードガスを供給するためのアノー
ドガス流路１０が形成されている。一方、前記セル４の
カソード３と接する側の面には、前記カソード３にカソ
ードガスを供給するためのカソードガス流路１１が形成
されている。尚、前記アノードガス流路１０と，カソー
ドガス流路１１とは、略同一形状になるように構成され
ている。
バイポーラプレート５は、インコネル６００等の合金か
ら成り、前記セル４のアノード２と接する側の面には、
前記アノード２にアノードガスを供給するためのアノー
ドガス流路１０が形成されている。一方、前記セル４の
カソード３と接する側の面には、前記カソード３にカソ
ードガスを供給するためのカソードガス流路１１が形成
されている。尚、前記アノードガス流路１０と，カソー
ドガス流路１１とは、略同一形状になるように構成され
ている。
【００１５】各単位ブロックＡ・Ｂ・Ｃ・Ｄ間に位置す
る基準バイポーラプレート７ａ・７ｂ・７ｃは、前記バ
イポーラプレート５と同様にインコネル６００等の合金
から成り、且つ、両面にアノードガス流路１０，及びカ
ソードガス流路１１を有する点では同じであるが、バイ
ポーラプレート５よりも高精度である点で相違する。例
えば、前記バイポーラプレート５の平面度は４０〜８０
μｍの範囲内であるのに対して、基準バイポーラプレー
ト７ａ・７ｂ・７ｃの平面度は１０〜４０μｍの範囲内
になるように、切削及び研磨加工により調整されてい
る。
る基準バイポーラプレート７ａ・７ｂ・７ｃは、前記バ
イポーラプレート５と同様にインコネル６００等の合金
から成り、且つ、両面にアノードガス流路１０，及びカ
ソードガス流路１１を有する点では同じであるが、バイ
ポーラプレート５よりも高精度である点で相違する。例
えば、前記バイポーラプレート５の平面度は４０〜８０
μｍの範囲内であるのに対して、基準バイポーラプレー
ト７ａ・７ｂ・７ｃの平面度は１０〜４０μｍの範囲内
になるように、切削及び研磨加工により調整されてい
る。
【００１６】前記エンドバイポーラプレート９は、前記
セル４のアノード２と接する側の面のみアノードガス流
路１０が形成されている。また、トップバイポーラプレ
ート８は、前記セル４のカソード３と接する側の面のみ
カソードガス流路１１が形成されている。また、これら
トップバイポーラプレート８，及びエンドバイポーラプ
レート９は、前記基準バイポーラプレート７ａ・７ｂ・
７ｃと同様にインコネル６００等の合金から成ると共
に、平面度が１０〜４０μｍの範囲内になるように調整
されている。
セル４のアノード２と接する側の面のみアノードガス流
路１０が形成されている。また、トップバイポーラプレ
ート８は、前記セル４のカソード３と接する側の面のみ
カソードガス流路１１が形成されている。また、これら
トップバイポーラプレート８，及びエンドバイポーラプ
レート９は、前記基準バイポーラプレート７ａ・７ｂ・
７ｃと同様にインコネル６００等の合金から成ると共
に、平面度が１０〜４０μｍの範囲内になるように調整
されている。
【００１７】以下、上記の如く構成された平板型固体電
解質型燃料電池の製造方法について詳細に説明する。先
ず、固体電解質板１の上下両面にアノード２とカソード
３とを配置してセル４を作製した。そして、アノード２
側には集電体６ａ（網状のニッケル）が、カソード３側
には集電体６ｂ（網状の白金）が位置するように、前記
セル４とバイポーラプレート５とを交互に積層させて５
セル積層体である単位ブロックＡを作製した。以下、同
様にして単位ブロックＢ・Ｃ・Ｄを作製した。
解質型燃料電池の製造方法について詳細に説明する。先
ず、固体電解質板１の上下両面にアノード２とカソード
３とを配置してセル４を作製した。そして、アノード２
側には集電体６ａ（網状のニッケル）が、カソード３側
には集電体６ｂ（網状の白金）が位置するように、前記
セル４とバイポーラプレート５とを交互に積層させて５
セル積層体である単位ブロックＡを作製した。以下、同
様にして単位ブロックＢ・Ｃ・Ｄを作製した。
【００１８】次に、単位ブロックＡの上下両面をそれぞ
れ基準バイポーラプレート７ａ，及びトップバイポーラ
プレート８で挟持し、これらを平行に保ちながら室温
下、圧力３０ｋｇｆ／cm2 で締め付け（前プレス）を行
った。続いて、前記単位ブロックＡの上端に位置する基
準バイポーラプレート７ａと、別の基準バイポーラプレ
ート７ｂとで単位ブロックＢを挟み、これらを平行に保
ちながら、前記と同様の条件で前プレスを行った。この
ようにして、単位ブロックＡの上に、別の単位ブロック
Ｂを積層させた。
れ基準バイポーラプレート７ａ，及びトップバイポーラ
プレート８で挟持し、これらを平行に保ちながら室温
下、圧力３０ｋｇｆ／cm2 で締め付け（前プレス）を行
った。続いて、前記単位ブロックＡの上端に位置する基
準バイポーラプレート７ａと、別の基準バイポーラプレ
ート７ｂとで単位ブロックＢを挟み、これらを平行に保
ちながら、前記と同様の条件で前プレスを行った。この
ようにして、単位ブロックＡの上に、別の単位ブロック
Ｂを積層させた。
【００１９】更に、前記単位ブロックＢの上端に位置す
る基準バイポーラプレート７ｂと、別の基準バイポーラ
プレート７ｃとで単位ブロックＣを挟み、これらを平行
に保ちながら、前記と同様の条件で前プレスを行った。
このようにして、単位ブロックＢの上に、別の単位ブロ
ックＣを積層させた。同様に、前記単位ブロックＣの上
端に位置する基準バイポーラプレート７ｃと、エンドバ
イポーラプレート９とで単位ブロックＤを挟み、これら
を平行に保ちながら、前記と同様の条件で前プレスを行
った。このようにして、単位ブロックＣの上に、別の単
位ブロックＤを積層させた。
る基準バイポーラプレート７ｂと、別の基準バイポーラ
プレート７ｃとで単位ブロックＣを挟み、これらを平行
に保ちながら、前記と同様の条件で前プレスを行った。
このようにして、単位ブロックＢの上に、別の単位ブロ
ックＣを積層させた。同様に、前記単位ブロックＣの上
端に位置する基準バイポーラプレート７ｃと、エンドバ
イポーラプレート９とで単位ブロックＤを挟み、これら
を平行に保ちながら、前記と同様の条件で前プレスを行
った。このようにして、単位ブロックＣの上に、別の単
位ブロックＤを積層させた。
【００２０】最後に、各単位ブロックＡ・Ｂ・Ｃ・Ｄ毎
に前プレスを行ったスタックを、電池運転時に平均締め
付け圧が２ｋｇｆ／cm2 となるように荷重を加えて、２
０セル積層体の平板型固体電解質型燃料電池を作製し
た。 〔実験１〕電池運転時にセルを締め付ける際の電極／バ
イポーラプレート間の接触面圧と，電極／バイポーラプ
レート間の抵抗（接触抵抗）との関係について調べたの
で、その結果を図３に示す。尚、実験は、小型セル（５
０mm×５０mm）を使用し、カソード／バイポーラプレー
ト間の抵抗（接触抵抗）について測定した。
に前プレスを行ったスタックを、電池運転時に平均締め
付け圧が２ｋｇｆ／cm2 となるように荷重を加えて、２
０セル積層体の平板型固体電解質型燃料電池を作製し
た。 〔実験１〕電池運転時にセルを締め付ける際の電極／バ
イポーラプレート間の接触面圧と，電極／バイポーラプ
レート間の抵抗（接触抵抗）との関係について調べたの
で、その結果を図３に示す。尚、実験は、小型セル（５
０mm×５０mm）を使用し、カソード／バイポーラプレー
ト間の抵抗（接触抵抗）について測定した。
【００２１】図３から明らかなように、カソード／バイ
ポーラプレート間の接触面圧が２ｋｇｆ／cm2 以上であ
れば、カソード／バイポーラプレート間の抵抗（接触抵
抗）が３０ｍΩ−cm2 以下となることが確認された。
尚、アノード／バイポーラプレート間の抵抗（接触抵
抗）についても、カソード／バイポーラプレート間の抵
抗（接触抵抗）と同様に、アノード／バイポーラプレー
ト間の接触面圧が２ｋｇｆ／cm2 以上であれば、３０ｍ
Ω−cm2 以下となることも確認された。 〔実験２〕単位ブロックを前プレスする際の圧力と，室
温での有効電極面積に対する接触面積の割合について調
べたので、その結果を図４に示す。
ポーラプレート間の接触面圧が２ｋｇｆ／cm2 以上であ
れば、カソード／バイポーラプレート間の抵抗（接触抵
抗）が３０ｍΩ−cm2 以下となることが確認された。
尚、アノード／バイポーラプレート間の抵抗（接触抵
抗）についても、カソード／バイポーラプレート間の抵
抗（接触抵抗）と同様に、アノード／バイポーラプレー
ト間の接触面圧が２ｋｇｆ／cm2 以上であれば、３０ｍ
Ω−cm2 以下となることも確認された。 〔実験２〕単位ブロックを前プレスする際の圧力と，室
温での有効電極面積に対する接触面積の割合について調
べたので、その結果を図４に示す。
【００２２】実験は、前プレス時の平均締め付け圧力を
２５，３０，４０，５０，６０ｋｇｆ／cm2 とそれぞれ
変化させた複数の単位ブロックを用意し、これら各単位
ブロックの平均締付け圧を２，３，４ｋｇｆ／cm2 とそ
れぞれ変化させた場合について行った。また、電極とバ
イポーラプレートとの接触面積は、単位ブロックを前プ
レスした後に電極／バイポーラプレート間に圧力測定フ
ィルムを挟み、これを電池運転時にそれぞれの平均締め
付け圧で締め付けた際の各単位ブロックについての圧力
測定フィルムの変色の度合いにより判断し、接触面圧２
ｋｇｆ／cm2 の電極とバイポーラプレートとの接触面積
とした。尚、図中の値は、単位ブロック内における電極
／バイポーラプレート間の接触面積のの最小値を示す。
２５，３０，４０，５０，６０ｋｇｆ／cm2 とそれぞれ
変化させた複数の単位ブロックを用意し、これら各単位
ブロックの平均締付け圧を２，３，４ｋｇｆ／cm2 とそ
れぞれ変化させた場合について行った。また、電極とバ
イポーラプレートとの接触面積は、単位ブロックを前プ
レスした後に電極／バイポーラプレート間に圧力測定フ
ィルムを挟み、これを電池運転時にそれぞれの平均締め
付け圧で締め付けた際の各単位ブロックについての圧力
測定フィルムの変色の度合いにより判断し、接触面圧２
ｋｇｆ／cm2 の電極とバイポーラプレートとの接触面積
とした。尚、図中の値は、単位ブロック内における電極
／バイポーラプレート間の接触面積のの最小値を示す。
【００２３】図４から明らかなように、前プレス時の圧
力が３０，４０，５０ｋｇｆ／cm2であれば、いずれの
平均締付け圧（２，３，４ｋｇｆ／cm2 ）においても、
接触面積が８０％以上であることが確認された。一方、
前プレス時の圧力が２５ｋｇｆ／cm2 であれば、いずれ
の平均締付け圧（２，３，４ｋｇｆ／cm2 ）において
も、接触面積が８０％以下であることが確認された。ま
た、図示しないが、前プレス時の圧力が６０ｋｇｆ／cm
2 の場合には、電極や電解質に割れが生じることも確認
された。したがって、３０〜５０ｋｇｆ／cm2 程度の圧
力で、単位ブロックを前プレスすれば、電極とバイポー
ラプレートとの密着性が増し、その結果、電圧降下を抑
制することができるものと思われる。 〔実施例２〕実施例１と略同様にして作製した単位ブロ
ックを４個用意し、各単位ブロックを構成するバイポー
ラプレートの平面度を４０〜８０μｍ、各単位ブロック
の間に介在する基準バイポーラプレートの平面度を２０
±５μｍ、更にトップバイポーラプレート，及びエンド
バイポーラプレートの平面度をいずれも２０±５μｍと
して、実施例１と略同様にして２０セル積層体であるス
タックを作製した。
力が３０，４０，５０ｋｇｆ／cm2であれば、いずれの
平均締付け圧（２，３，４ｋｇｆ／cm2 ）においても、
接触面積が８０％以上であることが確認された。一方、
前プレス時の圧力が２５ｋｇｆ／cm2 であれば、いずれ
の平均締付け圧（２，３，４ｋｇｆ／cm2 ）において
も、接触面積が８０％以下であることが確認された。ま
た、図示しないが、前プレス時の圧力が６０ｋｇｆ／cm
2 の場合には、電極や電解質に割れが生じることも確認
された。したがって、３０〜５０ｋｇｆ／cm2 程度の圧
力で、単位ブロックを前プレスすれば、電極とバイポー
ラプレートとの密着性が増し、その結果、電圧降下を抑
制することができるものと思われる。 〔実施例２〕実施例１と略同様にして作製した単位ブロ
ックを４個用意し、各単位ブロックを構成するバイポー
ラプレートの平面度を４０〜８０μｍ、各単位ブロック
の間に介在する基準バイポーラプレートの平面度を２０
±５μｍ、更にトップバイポーラプレート，及びエンド
バイポーラプレートの平面度をいずれも２０±５μｍと
して、実施例１と略同様にして２０セル積層体であるス
タックを作製した。
【００２４】このようにして作製したスタックを、以下
（Ａ）スタックと称する。 〔比較例〕各単位ブロック間に介在する基準バイポーラ
プレートの平面度を５０μｍとする他は、上記実施例２
と略同様にしてスタックを作製した。このようにして作
製したスタックを、以下（Ｘ）スタックと称する。 〔実験３〕上記本発明の（Ａ）スタックと，比較例の
（Ｘ）スタックとを用いて、電池運転時の平均締め付け
圧と，有効電極面積に対する接触面積の割合との関係に
ついて調べたので、その結果を図５に示す。尚、実験は
上記実験２と略同様の条件で行った。また、表中の値
は、スタック内の最大値と最小値とを示す。
（Ａ）スタックと称する。 〔比較例〕各単位ブロック間に介在する基準バイポーラ
プレートの平面度を５０μｍとする他は、上記実施例２
と略同様にしてスタックを作製した。このようにして作
製したスタックを、以下（Ｘ）スタックと称する。 〔実験３〕上記本発明の（Ａ）スタックと，比較例の
（Ｘ）スタックとを用いて、電池運転時の平均締め付け
圧と，有効電極面積に対する接触面積の割合との関係に
ついて調べたので、その結果を図５に示す。尚、実験は
上記実験２と略同様の条件で行った。また、表中の値
は、スタック内の最大値と最小値とを示す。
【００２５】図５から明らかなように、本発明の（Ａ）
スタックではいずれの締め付け圧においても接触面積の
割合が８０％と高いのに対して、比較例の（Ｘ）スタッ
クではいずれの締め付け圧においても、本発明の（Ａ）
スタックに比べて接触面積の割合がはるかに低いことが
確認された。したがって、本発明の（Ａ）スタックは、
出力特性が向上するものと思われる。
スタックではいずれの締め付け圧においても接触面積の
割合が８０％と高いのに対して、比較例の（Ｘ）スタッ
クではいずれの締め付け圧においても、本発明の（Ａ）
スタックに比べて接触面積の割合がはるかに低いことが
確認された。したがって、本発明の（Ａ）スタックは、
出力特性が向上するものと思われる。
【００２６】これは、本発明の（Ａ）スタックでは各単
位ブロック間に介在する基準バイポーラプレートの平面
度が小さいため、積層方向のずれが小さく各単位ブロッ
クの密着性が向上するのに対して、比較例の（Ｘ）スタ
ックでは各単位ブロック間に介在する基準バイポーラプ
レートの平面度が大きいため、単位ブロックを重ねる際
に積層方向にずれが生じるためであると思われる。 〔その他の事項〕 上記実施例においては、バイポーラプレート５，基
準バイポーラプレート７ａ・７ｂ・７ｃ，トップバイポ
ーラプレート８，及びエンドバイポーラプレート９を全
て同一材質（インコネル６００）で構成したが、例え
ば、基準バイポーラプレート７ａ・７ｂ・７ｃにインコ
ネル６０１等を使用することも勿論可能である。 アノード２・カソード３と，バイポーラプレート５
との間に介在させる集電体６ａ・６ｂとしては、室温に
て可塑性を示し、高温にて耐酸化性又は耐還元性を示す
網状又はフェルト状導電体が好ましく、例えば、アノー
ド２側の集電体６ａとしてフェルト状のニッケルを用い
ることも勿論可能である。 単位ブロックを前プレスする際の温度条件として
は、電池運転時にスタックを締め付ける際の温度（即
ち、１０００℃）よりも低い温度であればよいが、好ま
しくは２００℃以下、より好ましくは１００℃以下、そ
して最も好ましくは室温である。 また、単位ブロックを前プレスする際の締め付け圧
の条件としては、電池運転時にスタックを締め付ける際
の圧力（例えば、２〜４ｋｇｆ／ｃｍ2 ）よりも高い圧
力であればよいが、３０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力で
締め付けることが好ましい。 中間バッファを具備する高積層スタックや、改質容
器を介在させた間接内部改質方式のＳＯＦＣにおいて
は、これらを基準バイポーラプレートの代用として使用
することより、上記実施例と同様の効果を奏することが
できる。
位ブロック間に介在する基準バイポーラプレートの平面
度が小さいため、積層方向のずれが小さく各単位ブロッ
クの密着性が向上するのに対して、比較例の（Ｘ）スタ
ックでは各単位ブロック間に介在する基準バイポーラプ
レートの平面度が大きいため、単位ブロックを重ねる際
に積層方向にずれが生じるためであると思われる。 〔その他の事項〕 上記実施例においては、バイポーラプレート５，基
準バイポーラプレート７ａ・７ｂ・７ｃ，トップバイポ
ーラプレート８，及びエンドバイポーラプレート９を全
て同一材質（インコネル６００）で構成したが、例え
ば、基準バイポーラプレート７ａ・７ｂ・７ｃにインコ
ネル６０１等を使用することも勿論可能である。 アノード２・カソード３と，バイポーラプレート５
との間に介在させる集電体６ａ・６ｂとしては、室温に
て可塑性を示し、高温にて耐酸化性又は耐還元性を示す
網状又はフェルト状導電体が好ましく、例えば、アノー
ド２側の集電体６ａとしてフェルト状のニッケルを用い
ることも勿論可能である。 単位ブロックを前プレスする際の温度条件として
は、電池運転時にスタックを締め付ける際の温度（即
ち、１０００℃）よりも低い温度であればよいが、好ま
しくは２００℃以下、より好ましくは１００℃以下、そ
して最も好ましくは室温である。 また、単位ブロックを前プレスする際の締め付け圧
の条件としては、電池運転時にスタックを締め付ける際
の圧力（例えば、２〜４ｋｇｆ／ｃｍ2 ）よりも高い圧
力であればよいが、３０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力で
締め付けることが好ましい。 中間バッファを具備する高積層スタックや、改質容
器を介在させた間接内部改質方式のＳＯＦＣにおいて
は、これらを基準バイポーラプレートの代用として使用
することより、上記実施例と同様の効果を奏することが
できる。
【００２７】
【発明の効果】以上の本発明方法の如く、電池運転時に
スタックを締め付ける前に、電池運転時の温度（約１０
００℃）よりも低い温度（好ましくは２００℃以下、よ
り好ましくは１００℃以下、最も好ましくは室温）で、
しかも従来の電池運転時の締め付け圧（１ｋｇｆ／ｃｍ
2 程度）よりも高い締め付け圧（例えば、３０〜５０ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 ）でセルとバイポーラプレートとの積層体
である単位ブロックを予め締め付ければ（前プレス）、
従来のように、セルを高温下で長時間、高い締め付け圧
で締め付ける必要がないため、電極のクリープが起こり
にくくなる。また、前プレスする際に単位ブロックをか
なり高い締め付け圧で締め付けることができるため、電
極とバイポーラプレートとの密着性が向上する。その結
果、電極とバイポーラプレートとの抵抗（接触抵抗）が
減少するため、電圧降下を抑制することができる。
スタックを締め付ける前に、電池運転時の温度（約１０
００℃）よりも低い温度（好ましくは２００℃以下、よ
り好ましくは１００℃以下、最も好ましくは室温）で、
しかも従来の電池運転時の締め付け圧（１ｋｇｆ／ｃｍ
2 程度）よりも高い締め付け圧（例えば、３０〜５０ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 ）でセルとバイポーラプレートとの積層体
である単位ブロックを予め締め付ければ（前プレス）、
従来のように、セルを高温下で長時間、高い締め付け圧
で締め付ける必要がないため、電極のクリープが起こり
にくくなる。また、前プレスする際に単位ブロックをか
なり高い締め付け圧で締め付けることができるため、電
極とバイポーラプレートとの密着性が向上する。その結
果、電極とバイポーラプレートとの抵抗（接触抵抗）が
減少するため、電圧降下を抑制することができる。
【００２８】また、前プレスを行った単位ブロックに、
別の単位ブロックを積層させて前プレスを行うだけでセ
ルの高積層化を図ることができるため、プレス機の小型
化を図ることができると共に作業性が向上し、且つ、失
敗によるリスクが小さく生産性が向上する。更には、前
プレスを行った単位ブロックの上下両端には平面度が小
さい基準バイポーラプレートが位置するため、積層方向
の傾きが小さい。したがって、他の単位ブロックを積層
させてセルの高積層化を図る場合でも、単位ブロック毎
の積層方向の密着性が向上する。また、単位ブロックを
かなり高い圧力で前プレスを行うため、単位ブロックを
構成するバイポーラプレートの精度（即ち、平面度）を
追求しなくても、電極とバイポーラプレートとの密着性
が向上する。したがって、従来のように、スタックを構
成する全てのバイポーラプレートの精度を高める必要が
ないので、その分だけ製造コストが安くなる。
別の単位ブロックを積層させて前プレスを行うだけでセ
ルの高積層化を図ることができるため、プレス機の小型
化を図ることができると共に作業性が向上し、且つ、失
敗によるリスクが小さく生産性が向上する。更には、前
プレスを行った単位ブロックの上下両端には平面度が小
さい基準バイポーラプレートが位置するため、積層方向
の傾きが小さい。したがって、他の単位ブロックを積層
させてセルの高積層化を図る場合でも、単位ブロック毎
の積層方向の密着性が向上する。また、単位ブロックを
かなり高い圧力で前プレスを行うため、単位ブロックを
構成するバイポーラプレートの精度（即ち、平面度）を
追求しなくても、電極とバイポーラプレートとの密着性
が向上する。したがって、従来のように、スタックを構
成する全てのバイポーラプレートの精度を高める必要が
ないので、その分だけ製造コストが安くなる。
【図１】本発明の一実施例に係る平板型固体電解質型燃
料電池の概略断面図である。
料電池の概略断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る平板型固体電解質型燃
料電池の部分拡大図である。
料電池の部分拡大図である。
【図３】電池運転時にセルを締め付ける際の電極／バイ
ポーラプレート間の接触面圧と，電極／バイポーラプレ
ート間の抵抗（接触抵抗）との関係を示すグラフであ
る。
ポーラプレート間の接触面圧と，電極／バイポーラプレ
ート間の抵抗（接触抵抗）との関係を示すグラフであ
る。
【図４】単位ブロックを前プレスする際の圧力と，有効
電極面積に対する接触面積の割合との関係を示すグラフ
である。
電極面積に対する接触面積の割合との関係を示すグラフ
である。
【図５】本発明の（Ａ）スタックと，比較例の（Ｘ）ス
タックとを用いて、電池運転時の平均締め付け圧と，有
効電極面積に対する接触面積の割合との関係を示すグラ
フである。
タックとを用いて、電池運転時の平均締め付け圧と，有
効電極面積に対する接触面積の割合との関係を示すグラ
フである。
１ 固体電解質板 ２ アノード ３ カソード ４ セル ５ バイポーラプレート ６ａ・６ｂ 集電体 ７ａ・７ｂ・７ｃ 基準バイポーラプレート Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄ 単位ブロック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 幸徳 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (72)発明者 齋藤 俊彦 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−281681（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (1)
- 【請求項１】 固体電解質板を介してアノードとカソー
ドとを配したセルと、バイポーラプレートとを集電体を
介して複数積層させて単位ブロックを作製する第1ステ
ップと、 前記単位ブロックの上下両面を、前記単位ブロックを構
成するバイポーラプレートよりも平面度が小さい一対の
基準バイポーラプレートで挟持すると共に、これらを電
池運転時の温度よりも低い温度で、且つ、電池運転時の
締め付け圧よりも高い圧力で締め付ける第２ステップ
と、次いで、前記単位ブロックにおける一方の基準バイポー
ラプレート上に、別の単位ブロック及び基準バイポーラ
プレートを積層し、これらを電池運転時の温度よりも低
い温度で、且つ、電池運転時の締め付け圧よりも高い圧
力で締め付けるステップを繰り返すことにより、前記単
位ブロックを複数積層して スタックを作製する第３ステ
ップと、 前記スタックを電池運転時の締め付け圧で締め付ける第
４ステップと、 を有することを特徴とする固体電解質型燃料電池の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01564793A JP3244323B2 (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01564793A JP3244323B2 (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06231775A JPH06231775A (ja) | 1994-08-19 |
| JP3244323B2 true JP3244323B2 (ja) | 2002-01-07 |
Family
ID=11894514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01564793A Expired - Fee Related JP3244323B2 (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3244323B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4615143B2 (ja) * | 2001-05-14 | 2011-01-19 | 東京瓦斯株式会社 | 平板形固体酸化物燃料電池及びそのための合金製セパレータ |
| JP3906673B2 (ja) | 2001-11-15 | 2007-04-18 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池及びその組付方法 |
-
1993
- 1993-02-02 JP JP01564793A patent/JP3244323B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06231775A (ja) | 1994-08-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |